特開 2023-163110 ホログラム製造装置およびホログラム製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023163110

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】ホログラム製造装置およびホログラム製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03H 1/04 20060101AFI20231101BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20231101BHJP

【ＦＩ】

G03H1/04

G02B5/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135285

(22)【出願日】2022-08-26

(31)【優先権主張番号】P 2022073140

(32)【優先日】2022-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】荒木 要介

(72)【発明者】

【氏名】福井 厚司

(72)【発明者】

【氏名】上水 和平

(72)【発明者】

【氏名】高田 和政

【テーマコード（参考）】

2H249

2K008

【Ｆターム（参考）】

2H249AA02

2H249AA12

2H249AA25

2H249AA55

2K008BB04

2K008DD00

2K008EE01

2K008GG01

2K008HH03

2K008HH06

2K008HH16

2K008HH18

2K008HH19

2K008HH28

(57)【要約】

【課題】複製ホログラムの精度を向上させる。
【解決手段】第１実施形態に係るホログラム製造装置は、回折格子ｇ１が形成されたマスタホログラム４１と、マスタホログラム４１と近接して配置された複製ホログラム４２と、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２に対して、回折格子ｇ１におけるブラッグ回折条件を満たすレーザ光Ｌ１を出射する光源１と、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２に対して、回折格子ｇ１におけるブラッグ回折条件を満たさないレーザ光Ｌ２を出射する光源２と、レーザ光Ｌ３，Ｌ６を測定する受光センサ６を備え、受光センサ６の測定結果により、複製ホログラム４２の露光を終了する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回折格子が形成されたマスタホログラムと、
前記マスタホログラムと近接して配置された複製ホログラムと、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムに対して、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たす第１レーザ光を出射する第１光源と、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムに対して、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たさない第２レーザ光を出射する第２光源と、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムを通過した後の前記第２レーザ光を測定する第１センサを備え、
前記第１センサの測定結果により、前記複製ホログラムの露光を終了する、ホログラム製造装置。

【請求項2】

前記第１および第２レーザ光は、互いに前記マスタホログラムに対する入射角度が異なる、請求項１記載のホログラム製造装置。

【請求項3】

前記第１および第２レーザ光は、側面視において、前記入射角度が互いに異なる、請求項２記載のホログラム製造装置。

【請求項4】

前記第１および第２レーザ光は、平面視において前記入射角度が互いに異なる、請求項２記載のホログラム製造装置。

【請求項5】

前記第１および第２レーザ光を合波するハーフミラーをさらに備える、請求項３記載のホログラム製造装置。

【請求項6】

前記第１および第２レーザ光は、互いに光の波長が異なる、請求項１記載のホログラム製造装置。

【請求項7】

前記第１および第２レーザ光を合波する第１波長フィルタをさらに備える、請求項６記載のホログラム製造装置。

【請求項8】

前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムと前記第１センサとの間に配置され、前記第１レーザ光を透過しない第２波長フィルタをさらに備える、請求項７記載のホログラム製造装置。

【請求項9】

回折格子が形成されたマスタホログラムと、
前記マスタホログラムと近接して配置された複製ホログラムと、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムに対して、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たす第１レーザ光を出射する第１光源と、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムを通過した後の前記第１レーザ光を測定する第２センサを備え、
前記第２センサの測定結果により、前記複製ホログラムの露光を終了する、ホログラム製造装置。

【請求項10】

回折格子が形成されたマスタホログラムと複製ホログラムとを近接して配置するステップと、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムに対して、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たす第１レーザ光を出射するとともに、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たさない第２レーザ光を出射するステップと、
前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムを通過した後の前記第２レーザ光を測定し、前記測定の結果により、前記複製ホログラムの露光を終了する、ホログラム製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ホログラム製造装置およびホログラム製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、マスタホログラムを用いて、複製ホログラムを製造する装置が知られている。特許文献１では、マスタホログラムに対してレーザ光を入射させることにより回折光を発生させ、この回折光によって複製ホログラムのホログラム感光材（フォトポリマー）を露光させる。これにより、複製ホログラムの製造を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－３２１９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、一般的に、複製ホログラムの製造は、フォトポリマーの露光時間を管理すること、すなわち、フォトポリマーに対する光照射時間に基づいて、フォトポリマーの屈折率変化量を管理することにより行われてきた。フォトポリマーの屈折率変化量は、光源の光強度と照射時間の積である積算露光量で主に決まるが、温度やフォトポリマー自体の屈折率変化の感度のロットばらつきなどにも影響される。

【0005】

また、複製ホログラムを製造するには、複製ホログラムに対する１次回折光が必要であるが、フォトポリマーの屈折率変化量が設計値通りであっても、フォトポリマーの厚みが設計値と異なると、１次回折光にも誤差が生じてしまう。特に、フォトポリマーは透明材料であるため、フォトポリマーを透明基板に挟むと、その厚み測定が非常に難しい。

【0006】

以上のことから、フォトポリマーに対する光照射時間のみによって、フォトポリマーの露光時間を管理した場合、複製ホログラムのフォトポリマー自体や、複製ホログラムに対する１次回折光が設計値と異なるおそれがあるため、複製ホログラムの精度が低下する可能性がある。

【0007】

そこで、本開示は、複製ホログラムの精度を向上させたホログラムの製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本開示の一実施形態に係るホログラム製造装置は、回折格子が形成されたマスタホログラムと、前記マスタホログラムと近接して配置された複製ホログラムと、前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムに対して、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たす第１レーザ光を出射する第１光源と、前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムに対して、前記回折格子におけるブラッグ回折条件を満たさない第２レーザ光を出射する第２光源と、前記マスタホログラムおよび前記複製ホログラムを通過した後の前記第２レーザ光を測定するセンサを備え、前記センサの測定結果により、前記複製ホログラムの露光を終了する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によると、複製ホログラムの精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係るホログラム製造装置の模式図。

【図2】第１実施形態に係るホログラム記録体の構成を説明するための図。

【図3】第１実施形態に係るホログラム記録体の露光中の状態を示す断面図。

【図4】第１実施形態に係る受光センサの受光面に形成されるスポット光を説明するための図。

【図5】第２実施形態に係るホログラム製造装置の模式図。

【図6】第３実施形態に係るホログラムの製造装置の模式図。

【図7】第３実施形態に係る複製ホログラム作成時の回折効率と複製ホログラムの屈折率変化量Δｎとの関係を示すグラフ。

【図8】第４実施形態に係るホログラムの製造装置の模式図。

【図9】第４実施形態に係る複製ホログラム作成時の複製ホログラムの断面図。

【図10】第４実施形態に係る複製ホログラム作成時の回折効率と複製ホログラムの屈折率変化量Δｎとの関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、以下の説明では、同じ部分については同じ符号を付し、詳細な説明を適宜省略する。

【0012】

（第１実施形態）
（ホログラムの製造装置の全体構成）
図１は、第１実施形態に係るホログラムの製造装置の模式図である。なお、図１では、ホログラム記録体４の幅方向をＸ方向およびＺ方向とし、ホログラム記録体４の厚み方向をＹ方向とする。

【0013】

図１に示すように、第１実施形態に係るホログラムの製造装置は、光源１，２と、ハーフミラー３と、ホログラム記録体４と、集光レンズ５と、受光センサ６とを備える。

【0014】

光源１（第１光源）は、レーザ光を照射する光源であり、レーザ光Ｌ１（露光光）を照射する。レーザ光Ｌ１は、可干渉距離（コヒーレンス長）が長いレーザ光であり、空間コヒーレンスが十分に高く、波面収差が小さい均一強度分布の平行光である。レーザ光Ｌ１は、後述するフォトポリマー４１２，４２２の有効領域を少なくとも含む領域を照射する。また、レーザ光Ｌ１の可干渉距離は、後述するマスタホログラム４１と複製ホログラム４２とを合わせた長さ以上であることが望ましい。なお、光源１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などで構成されてもよい。

【0015】

光源２（第２光源）は、レーザ光を照射する光源であり、レーザ光Ｌ２（参照光）を照射する。レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１と同様に、可干渉距離（コヒーレンス長）が長いレーザ光であり、空間コヒーレンスが十分に高く、波面収差が小さい均一強度分布の平行光である。レーザ光Ｌ２は、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２の有効領域のほぼ中央を照射する。なお、光源２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などで構成されてもよい。また、光源１，２は同一の光源であってもよく、レーザ光Ｌ２が、レーザ光Ｌ１から分離した光でもよい。

【0016】

ハーフミラー３は、光源１から照射されたレーザ光Ｌ１を反射させ、ホログラム記録体４に入射させる。また、ハーフミラー３は、光源２から照射されたレーザ光Ｌ２を透過させ、ホログラム記録体４に入射させる。ハーフミラー３は、反射率が十分高く、例えば、９５％以上の反射率である。図１に示すように、ハーフミラー３によって、レーザ光Ｌ１は、レーザ光Ｌ２に対して、角度εをなすように、ホログラム記録体４に入射される。すなわち、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、ハーフミラー３によって合波されている。

【0017】

集光レンズ５は、ホログラム記録体４を透過したレーザ光Ｌ３～Ｌ６を集光するレンズである。ホログラム記録体４の図面下方には、測定用の開口７が形成されており、集光レンズ５は、開口７を介して、出射されたレーザ光Ｌ３～Ｌ６を集光する。なお、集光レンズ５の焦点距離はｆである。

【0018】

受光センサ６（第１センサ）は、２次元の画素構造を有する受光センサである。例えば、受光センサ６は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどである。受光センサ６は、集光レンズ５から距離ｆの位置に配置される。すなわち、受光センサ６は、集光レンズ５の出射側焦点面に配置される。

【0019】

（ホログラム記録体の構成）
図２（ａ）は第１実施形態に係るホログラム記録体の構成を示す断面図である。

【0020】

図１および図２（ａ）に示すように、ホログラム記録体４は、マスタホログラム４１と、複製ホログラム４２とで構成される。本実施形態では、マスタホログラム４１に対して、レーザ光Ｌ１を照射することにより、マスタホログラム４１に形成されている回折格子ｇ１と同一の回折格子を複製ホログラム４２に形成する。

【0021】

図１および図２（ａ）に示すように、マスタホログラム４１は、透明基板４１１と、フォトポリマー４１２と、保護膜４１３とを備える。透明基板４１１とフォトポリマー４１２と保護膜４１３とは、積層されている。

【0022】

透明基板４１１は、透過率の高い平板であり、例えば、石英や光学ガラスなどが用いられる。また、透明基板４１１の図面上側の面には、反射防止膜が形成されている。

【0023】

フォトポリマー４１２は、例えば、可視光を受光すると屈折率が変化する光学材料で形成されている。フォトポリマー４１２の屈折率変化量は、フォトポリマー４１２が受光したエネルギー量、すなわち、光強度と時間の積で決定される。また、フォトポリマー４１２は、紫外線を照射することにより、屈折率変化を停止させることができる。フォトポリマー４１２には、あらかじめ光強度の強弱のある可視光を用いて屈折率分布（回折格子ｇ１）が形成され、その後、紫外線照射により屈折率分布が変化しないように処理している。これにより、フォトポリマー４１２には、所定の干渉縞が形成されている。なお、フォトポリマー４１２の屈折率はおよそ１．５から１．６であり、可視光による屈折率変化量は０．０１から０．１程度である。また、フォトポリマー４１２の厚みｔは、１μｍから１００μｍの間で形成される。なお、フォトポリマー４１２の厚みｔが厚いほどフォトポリマー４１２での回折効率は高くできる。この場合、フォトポリマー４１２への入射角に対する１次回折光の特性も敏感になり、小さな入射角変化で１次回折光が大きく減衰する。

【0024】

保護膜４１３は、フォトポリマー４１２を保護するための薄い透明な保護層であり、例えば、薄い透過率の高いガラスなどの傷のつきにくい材質により形成される。また、保護膜４１３の図面上側の面には、反射防止膜が形成されている。保護膜４１３の厚みは、少なくとも、透明基板４１１よりも薄い。なお、透明基板４１１とフォトポリマー４１２の平均屈折率と保護膜４１３の屈折率とは、近しい屈折率であることが望ましい。

【0025】

複製ホログラム４２は、透明基板４２１と、フォトポリマー４２２と、保護膜４２３とを備える。透明基板４２１とフォトポリマー４２２と保護膜４２３とは、積層されている。

【0026】

透明基板４２１とフォトポリマー４２２と保護膜４２３とは、透明基板４１１と、フォトポリマー４１２と、保護膜４１３とそれぞれ同じ構成である。ただし、フォトポリマー４２２は、フォトポリマー４１２と同じ厚みｔであり、初期状態では、屈折率分布は形成されておらず、紫外線照射もされていない。

【0027】

図１に示すように、複製ホログラム４２は、マスタホログラム４１に対して、１８０°回転させた状態で、互いに平行となるように、近接して配置される。

【0028】

上述したように、フォトポリマー４１２には、予め屈折率分布（回折格子ｇ１）が形成されている。フォトポリマー４１２の屈折率分布は、ＸＹ断面内で分布を持ち、Ｚ軸方向には一様である。すなわち、フォトポリマー４１２は、いずれのＺ軸の位置におけるＸＹ断面でも屈折率分布は同じである。フォトポリマー４１２における屈折率分布は、屈折率の高い部分および低い部分が周期的に形成されている。フォトポリマー４１２には、いわゆる厚みのある屈折率分布による回折格子であるブラッグ回折格子が形成されている。この回折格子は、ピッチｄで、ＸＹ面内においてＹ軸に対して角度φとなるように形成されている。したがって、Ｘ軸方向において、回折格子のピッチはd／cos（φ）となる。

【0029】

図２（ｂ）は図２（ａ）のフォトポリマー４１２の断面Ａ－Ａおよび断面Ｂ－Ｂの屈折率を示すグラフである。図２（ｂ）に示すように、断面Ａ－Ａおよび断面Ｂ－Ｂの屈折率は、正弦波状に変化する。平均屈折率はｎであり、屈折率変化量はΔｎである。断面Ａ－Ａと断面Ｂ－Ｂでの屈折率変化の違いは、波形が横ずれしているだけである。このような周期的な屈折率分布をもつマスタホログラム４１に干渉性の高いレーザ光が入射するとブラッグ回折とよばれる光回折が生じる。ブラッグ回折の特徴として、特定の方向に強い回折光、すなわち、１次回折光を生じさせる。また、ブラッグ回折による出射光は、０次回折と１次光が大部分となり、高次の回折光がほとんど生じない。

【0030】

フォトポリマー４１２におけるブラッグ回折条件は、フォトポリマー４１２の平均屈折率がｎ、回折格子のピッチがｄ、回折格子への入射角がθ、入射光の波長がλのとき、２×ｎ×ｄ×ｓｉｎ（θ）＝λとなる。なお、光線方向については、フォトポリマー４１２内では、屈折によりスネル則に基づいた角度変化が生じる。すなわち、空気中でのＹ軸に対する方位をαとすると、フォトポリマー４１２の屈折率がｎであるため、フォトポリマー４１２内での方位βは、ｓｉｎ（α）＝ｎ×ｓｉｎ（β）である。

【0031】

フォトポリマー４１２においてブラッグ回折条件を満たすと、回折格子に入射する光が各回折格子で反射するときの光の位相が揃うため、回折格子に対して－θ方向に強い回折光が生じる。すなわち、Ｙ軸に対して、φ＋θの角度をなす光線Ｌ１１がフォトポリマー４１２に入射すると、１次回折光としてＹ軸に対してφ－θの角度をなす光線Ｌ１２が出射され、０次回折光（回折しない光）としてＹ軸に対してφ＋θの角度をなす光線Ｌ１３が出射（透過）される。なお、光線Ｌ１２と光線Ｌ１３とのなす角は、２θとなる。

【0032】

光線Ｌ１１においてブラッグ回折条件から外れた入射光に対しては、回折格子の各層からの光の反射位相がずれることになり、１次回折光（光線Ｌ１２）の光強度が低下し、０次回折光（光線Ｌ１３）の光強度（透過する光）が増加する。

【0033】

図２（ｃ）は、フォトポリマー４１２に対する入射光（光線Ｌ１１）における１次回折光（光線Ｌ１２）の光強度を示す。ブラッグ回折条件を満たす入射角θにおいて１次回折光の光強度が最大となり、θからずれるに従い、１次回折光の光強度は低下する。１次回折光の光強度が低下すると、０次回折光の光強度が上昇することになる。１次回折光の強度特性は、入射光（光線Ｌ１２）の波長、フォトポリマー４１２の屈折率、フォトポリマー４１２の厚みにより変化する。

【0034】

図２（ｃ）では、フォトポリマー４１２の厚みがｔのときの１次回折光の光強度を破線で示し、フォトポリマー４１２の厚みが２×ｔのときの１次回折光の光強度を実線で示している。図２（ｃ）に示すように、フォトポリマー４１２が厚くなるほど、ブラッグ回折格子への入射角に対する１次回折光の角度特性は、敏感になり、ブラッグ回折となる入射角からのズレによる１次回折光の低下が大きくなる。

【0035】

（ホログラムの製造装置の動作）
次に、複製ホログラム４２を作成する際のホログラムの製造装置の動作を説明する。

【0036】

図１に示すように、平行光線であるレーザ光Ｌ１は、ハーフミラー３により反射され、マスタホログラム４１に入射する。マスタホログラム４１に入射したレーザ光Ｌ１は、透明基板４１１によってスネル則に基づき屈折して光線方位を変える。このとき、透明基板４１１、フォトポリマー４１２および保護膜４１３は、屈折率がほぼ同じであるため、透明基板４１１、フォトポリマー４１２および保護膜４１３内における光線方位がほぼ同じとなる。

【0037】

図２（ａ）に示すように、フォトポリマー４１２に形成された屈折率分布による回折格子は、Ｙ軸に対してφの角度となるように形成されている。このため、レーザ光Ｌ１は、フォトポリマー４１２内において、Ｙ軸に対してφ＋θの角度で入射する。すなわち、レーザ光Ｌ１は、回折格子に対してθの角度で入射する。レーザ光Ｌ１が回折格子に対してθの角度で入射すると、フォトポリマー４１２におけるブラッグ回折条件を満たすため、回折格子に対して－θ方向に１次回折光（光線Ｌ１１）、θ方向に０次回折光（光線Ｌ１１２）が生じる。すなわち、マスタホログラム４１からは、光線Ｌ１１，Ｌ１２の２つの光線が出射される。

【0038】

マスタホログラム４１から出射された光は、複製ホログラム４２に入射すると再びスネル則による屈折が生じる。複製ホログラム４２は、屈折率がマスタホログラム４１の屈折率と同じであるため、複製ホログラム４２内における光線方位は、マスタホログラム４１内の光線方位と同じとなる。すなわち、光線Ｌ１１はＹ軸に対してφ＋θの角度で複製ホログラム４２に入射し、光線Ｌ１２はＹ軸に対してφ－θの角度で複製ホログラム４２に入射する。光線Ｌ１１と光線Ｌ１２とのなす角は２θであり、光線Ｌ１１と光線Ｌ１２との中間方位はＹ軸に対してφの角度となる。光線Ｌ１１と光線Ｌ１２は、干渉性が高く、互いになす角が２θの平行光であるので、光強度の強弱である干渉縞が生じる。干渉縞の強度が強め合う条件は、２×ｎ×ｄ×ｓｉｎθ＝λであるので、縞ピッチは、ＸＹ面内でＹ軸にφ＋９０度方位においてピッチｄである。Ｙ軸にφの方位においては、光線Ｌ１１と光線Ｌ１２との光路長が一致するので、光強度分布が一様になる。同様にＺ軸方向についても光強度分布は変化しない。したがって、複製ホログラム４２のフォトポリマー４２２における干渉縞（回折格子）、すなわち、光強度の強弱の分布は、マスタホログラム４１のフォトポリマー４１２の屈折率分布による回折格子ｇ１の形状と同じである。フォトポリマー４２２では、光強度により屈折率が変化するため、複製ホログラム４２から出射される０次回折光と１次回折光との比が、マスタホログラム４１と同じ０次回折光と１次回折光の比になったときに複製ホログラム４２への光照射を止めることで、マスタホログラム４１と同じ屈折率分布の回折格子ｇ１を複製ホログラム４２に形成することができる。このとき、露光時間に誤差があった場合に作成した複製ホログラム４２では、０次回折光に対する１次回折光の方向は変化しないが、０次回折光と１次回折光の比に誤差が生じる。ここで、複製ホログラム４２の複製において、マスタホログラム４１による０次回折光と１次回折光の方位が変化しない、すなわち、複製ホログラム４２内に形成される回折格子のピッチが変化しないため、複製ホログラム４２において、露光時間に誤差があっても１次回折光の方位が変化しない。露光時間の誤差により影響を受けるのは複製ホログラム４２のフォトポリマー４２２内に形成される回折格子の屈折率差の大きさである。屈折率差が大きくなると０次回折光に対する１次回折光が大きくなり、逆に屈折率差が小さくなると１次回折光は小さくなる。

【0039】

図３は第１実施形態に係るホログラム記録体の露光中の状態を示す断面図である。

【0040】

図３に示すように、レーザ光Ｌ１がマスタホログラム４１に入射すると、マスタホログラム４１から０次回折光（光線Ｌ１１）と１次回折光（光線Ｌ１２）とが出射される。この光線Ｌ１１，Ｌ１２により、複製ホログラム４２のフォトポリマー４２２に屈折率分布が生じる。光線Ｌ１１がフォトポリマー４２２に入射すると、複製ホログラム４２のブラッグ回折により、複製ホログラム４２から０次回折光（光線Ｌ１１１）と１次回折光（光線Ｌ１１２）とが出射される。また、光線Ｌ１２がフォトポリマー４２２に入射すると、複製ホログラム４２のブラッグ回折により、複製ホログラム４２から０次回折光（光線Ｌ１２１）と１次回折光（光線Ｌ１２２）とが出射される。複製ホログラム４２の露光が進むにつれて、光線Ｌ１１の透過光である光線Ｌ１１１の光強度が低下し、１次回折光である光線Ｌ１１２の光強度が増加する。同様に、光線Ｌ１２の透過光である光線Ｌ１２２の光強度が減少し、１次回折光である光線Ｌ１２１の光強度が増加する。このとき、光線Ｌ１１１，Ｌ１２２は、光線方位が同じであり、光線Ｌ１１２，Ｌ１２１は光線方位が同じである。

【0041】

図３に示すように、レーザ光Ｌ２は、マスタホログラム４１と複製ホログラム４２でブラッグ回折し、露光光と同様に４つの回折光が生じる。光線Ｌ２１１，Ｌ２２２の光線方位が同じであり、光線Ｌ２１２，Ｌ２２１の光線方位が同じである。

【0042】

レーザ光Ｌ２について、レーザ光Ｌ１と同様に回折光量計算を行うと、マスタホログラム４１の０次回折光（光線Ｌ２１）の光強度を０．５＋ｃとし、１次回折光（光線Ｌ２２）の光強度を０．５－ｃとすると、複製ホログラム４２の露光中の０次回折光と１次回折光の光量比は（１－ｂ）：ｂとなる。ｃは、レーザ光Ｌ２においてマスタホログラム４１および複製ホログラム４２に形成されたブラッグ回折格子のブラッグ回折条件からのずれにより生じる光量低下分である。ｃは、ブラッグ回折条件のとき０であり、ブラッグ回折条件の入射角からのずれが大きいほど大きくなる。すなわち、ブラッグ回折条件の入射角からのずれが大きいほど、１次回折光が減り、０次回折光が増えることになる。ｂは、複製ホログラム４２において、露光によりフォトポリマー４２２内にブラッグ回折格子が形成されることで生じる１次回折光である。ｂは、露光開始時点で０であり、露光が進むにつれて大きくなる。

【0043】

複製ホログラム４２から出射された、光線Ｌ２１１の光強度は（０．５＋ｃ）×（１－ｂ）であり、光線Ｌ２２２の光強度は、（０．５－ｃ）×ｂとなる。光線Ｌ２１１，Ｌ２２２を加算すると、光強度はＱ＝０．５＋ｃ－２×ｃ×ｂとなる。よって、レーザ光Ｌ２をマスタホログラム４１および複製ホログラム４２のブラッグ回折条件を満たす入射角からずらして入射させることでｃ≠０となる。このため、複製ホログラム４２の露光が進むにつれて、ｂが大きくなるので光強度Ｑが変化することになる。すなわち、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定することができる。したがって、複製ホログラム４２の露光中に、複製ホログラム４２のフォトポリマー４２２の屈折率差により生じる１次回折光と０次回折光との光量比を正確に測定できる。なお、光線Ｌ２１２，Ｌ２２１についても同様であるため、光線Ｌ２１２，Ｌ２２１を用いて、複製ホログラム４２の進捗を測定してもよい。

【0044】

図１に示すように、複製ホログラム４２からの出射光は、開口７を透過して、集光レンズ５によって集光される。なお、レーザ光Ｌ３が光線Ｌ２１１，Ｌ２２２に相当する光線であり、レーザ光Ｌ４が光線Ｌ１１１，Ｌ１２２に相当する光線であり、レーザ光Ｌ５が光線Ｌ１１２，Ｌ１２１に相当する光線であり、レーザ光Ｌ６が光線Ｌ２１２，Ｌ２２１に相当する光線である。

【0045】

受光センサ６は、集光レンズ５の焦点面に配置されている。複製ホログラム４２の出射光は平行光であるので、受光センサ６の受光面上に４点のスポットを形成する（図４（ａ）参照）。スポット光Ｓ１～Ｓ４は、レーザ光Ｌ３～Ｌ６によって生じるスポット光である。

【0046】

図４（ｂ）は、スポット光Ｓ１における光強度を示すグラフである。図４（ｂ）に示すように、スポット光Ｓ１の光強度は、露光の進捗とともに減少していく。スポット光Ｓ１の光量が所定の光量となったところで、レーザ光Ｌ１の照射を終了することで、設計値通りの複製ホログラム４２が得られる。露光終了となるスポット光Ｓ１の光量は、予め、実験により求めておけばよい。なお、スポット光Ｓ１に代えて、スポット光Ｓ４を用いて、露光を終了してもよい。

【0047】

複製ホログラム４２の露光が終了した後、ホログラム記録体４からマスタホログラム４１を外し、複製ホログラム４２に対して紫外線光を照射することにより、フォトポリマー４２２において可視光での露光が進まないように処理される。

【0048】

以上の構成により、第１実施形態に係るホログラム製造装置は、回折格子ｇ１が形成されたマスタホログラム４１と、マスタホログラム４１と近接して配置された複製ホログラム４２と、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２に対して、回折格子ｇ１におけるブラッグ回折条件を満たすレーザ光Ｌ１（第１レーザ光）を出射する光源１（第１光源）と、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２に対して、回折格子ｇ１におけるブラッグ回折条件を満たさないレーザ光Ｌ２（第２レーザ光）を出射する光源２（第２光源）と、レーザ光Ｌ３，Ｌ６（マスタホログラム４１および複製ホログラム４２を通過した後のレーザ光Ｌ２）を測定する受光センサ６を備え、受光センサ６の測定結果により、複製ホログラム４２の露光を終了する。

【0049】

この構成によると、レーザ光Ｌ２がマスタホログラム４１に形成された回折格子のブラッグ条件を満たさないように、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２に対して入射されるため、複製ホログラム４２の露光時間に応じて、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２を通過したレーザ光Ｌ２に相当するレーザ光Ｌ３，Ｌ６の光強度が変化する。これにより、複製ホログラム４２の露光の進捗が測定することができるため、複製ホログラムの精度を向上させることができる。

【0050】

なお、第１実施形態では、光源２は、レーザ光Ｌ１の中央付近（マスタホログラム４１の中央付近）にレーザ光Ｌ２が照射されるように、レーザ光Ｌ２を照射している。

【0051】

また、レーザ光Ｌ２の照射領域を小さくすることにより、局所的なフォトポリマーの厚みｔの測定も可能であり、より精度の高い複製ホログラム作成が行うことができる。

【0052】

また、レーザ光Ｌ２を複製ホログラム４２の未使用領域に照射することにより、複製ホログラム４２の露光の進捗を管理してよい。

【0053】

また、複製ホログラム４２の露光の進捗を管理するために、マスタホログラム４１のフォトポリマー４１２におけるブラッグ回折条件を用いたが、フォトポリマー４１２の表面形状による透過回折における条件を用いてもよい。ただし、表面形状による透過回折では高次の回折光が出やすいので、複製ホログラムの誤差に繋がりやすくなる。

【0054】

また、マスタホログラム４１の屈折率分布をＺ軸方向に一様としたが、部分的にＹ軸周りに分布を回転させたものをつなぎ合わせたものでも構わない。

【0055】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るホログラムの製造装置の模式図である。第１実施形態では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のマスタホログラム４１に対する入射角（角度ε）をずらすことにより、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定していた。これに対して、第２実施形態では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光の波長をずらすことにより、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定する。

【0056】

具体的には、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は互いに異なる波長を有するレーザ光である。

【0057】

波長フィルタ８（第１波長フィルタ）は、レーザ光Ｌ１を反射し、レーザ光Ｌ２を透過する波長フィルタである。波長フィルタ８は、誘電体多層膜などで形成され、多層膜での光の干渉により、特定の波長帯域において光をほぼ１００％の反射率で反射し、別の波長帯域において光をほぼ１００％の透過率で透過する作用を持つ。レーザ光Ｌ２の波長は、レーザ光Ｌ１の波長と異なる波長であるため、波長フィルタ８は、レーザ光Ｌ１を高い反射率で反射し、レーザ光Ｌ２を高い透過率で透過させる。

【0058】

波長フィルタ９（第２波長フィルタ）は、集光レンズ５と受光センサ６との間に配置され、複製ホログラム２０５を透過した光のうち、レーザ光Ｌ２を透過する波長フィルタであり、レーザ光Ｌ１を吸収あるいは反射する。

【0059】

（ホログラムの製造装置の動作）
次に、ホログラムの製造装置の動作を説明する。なお、マスタホログラム４１と複製ホログラム４２との露光については、第１実施形態と同様である。具体的には、レーザ光Ｌ１を波長フィルタ８によって反射させ、マスタホログラム４１に照射する。マスタホログラム４１でのブラッグ回折による０次回折光と１次回折光により複製ホログラム内で干渉縞を生じさせて露光を行い、屈折率分布を形成する。

【0060】

第２実施形態では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光線方位が同じであるが、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長が異なる。これにより、レーザ光Ｌ２がブラッグ回折条件を満たさないようにしている。具体的には、ブラッグ回折条件は、２×ｎ×ｄ×ｓｉｎ（θ）＝λとあらわされるので、入射角θを変化させるのと波長λを変化させるのは、等価である。

【0061】

ここで、複製ホログラム４２から出射されるレーザ光Ｌ３，Ｌ４は平行となる。このため、レーザ光Ｌ３，Ｌ４は重なっている。波長フィルタ９が、レーザ光Ｌ３（レーザ光Ｌ２対応）を透過し、レーザ光Ｌ４（レーザ光Ｌ１に対応）を反射させるため、波長フィルタ９からはレーザ光Ｌ３のみが出射される。これにより、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定することができる。

【0062】

（第３実施形態）
図６は第３実施形態に係るホログラムの製造装置の模式図である。第１実施形態では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を用いて、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定していた。これに対して、第３実施形態では、レーザ光Ｌ２（参照光）を用いずに、レーザ光Ｌ１（露光光）のみを用いて、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定する。具体的には、図６では、図１の光源２が省略されている。このため、受光センサ６（ここでは、第２センサに相当）は、レーザ光Ｌ４，Ｌ５を測定する。

【0063】

図７は第３実施形態に係る複製ホログラム作成時の回折効率と複製ホログラムの屈折率変化量Δｎとの関係を示すグラフである。具体的には、図７は、露光開示時の、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２から射出されるレーザ光Ｌ４，Ｌ５の比が４：１である場合のグラフである。なお、図７では、レーザ光Ｌ４の変動を白い四角でプロットし、レーザ光Ｌ５の変動を黒い四角でプロットしている。

【0064】

図７に示すように、複製ホログラム４２の露光が進む（屈折率変化量Δｎが大きくなる）につれて、レーザ光Ｌ４，Ｌ５の回折効率が変化している。すなわち、レーザ光Ｌ１がマスタホログラム４１および複製ホログラム４２を透過したときの、０次回折光であるレーザ光Ｌ４および１次回折光であるレーザ光Ｌ５のみ（すなわち、レーザ光Ｌ１のみ）を測定することにより、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定することができる。

【0065】

（第４実施形態）
図８は第４実施形態に係るホログラムの製造装置の模式図である。第１実施形態では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のマスタホログラム４１に対する入射角（角度ε）をずらすことにより、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定していた。これに対して、第２実施形態では、レーザ光Ｌ１，Ｌ２をＸＺ平面において異なる角度でマスタホログラム４１および複製ホログラム４２に入射させることで、複製ホログラム４２の露光の進捗を測定する。

【0066】

図８に示すように、光源１は、レーザ光源１１と、光アイソレータ１２と、λ／２波長板１３と、集光レンズ１４と、ピンホール１５と、コリメートレンズ１６とを備える。

【0067】

レーザ光源１１は、レーザ光Ｌ１を照射する光源である。レーザ光源１１は、可干渉性が高く、平行光で、単色の直線偏光であるレーザ光Ｌ１を射出する。

【0068】

光アイソレータ１２は、λ／２波長板１３側からレーザ光源１１への戻り光を抑制する。

【0069】

λ／２波長板１３は、入射したレーザ光Ｌ１の偏光方向を制御する。これにより、レーザ光Ｌ１は、露光に最適な偏光方向に制御される。

【0070】

集光レンズ１４は、λ／２波長板１３を介して入射したレーザ光Ｌ１を回折限界まで集光する。

【0071】

ピンホール１５は、集光レンズ１４の焦点位置に配置され、レーザ光Ｌ１に含まれる光ノイズを低減する。例えば、集光レンズ１４によるスポット光が１／ｅ２となる光強度の直径より、ピンホール１５の直径をわずかに大きくなるように設定することで、レーザ光Ｌ１に含まれる光ノイズを除去できる。

【0072】

コリメートレンズ１６は、焦点位置がピンホール１５となるように配置され、透過する光（レーザ光Ｌ１）を平行光とする。

【0073】

光源２は、レーザ光源２１と、レンズ２２とを備える。

【0074】

レーザ光源２１は、レーザ光Ｌ２を照射する光源である。レーザ光源２１は、フォトポリマー４２２に感度を有さない近赤外光であるレーザ光Ｌ２を射出する。

【0075】

レンズ２２は、入射したレーザ光Ｌ２を平行光とする。

【0076】

ここで、図示は省略するが、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、平面視（マスタホログラム４１および複製ホログラムを上から見たとき）において異なる角度でマスタホログラム４１および複製ホログラム４２に入射する。例えば、レーザ光Ｌ１がＺ方向に沿ってマスタホログラム４１および複製ホログラム４２に入射する場合、レーザ光Ｌ２はＺ方向に対してややずれた角度で入射する。この場合、レーザ光Ｌ２は、ブラッグ回折条件を満たすように、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２に入射する。このため、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２を透過した場合に異なる方向に透過することとなる。これにより、受光センサ６は、レーザ光Ｌ２を透過光であるレーザ光Ｌ７のみを測定可能となる。

【0077】

図９は第４実施形態に係る複製ホログラム作成時の複製ホログラムの断面図である。例えば、レーザ光Ｌ２に対する複製ホログラム４２の干渉縞をθ’’とすると、λ＝２×ｎ×ｄ×ｓｉｎθ’’が成立するとき、レーザ光Ｌ２は、複製ホログラム４２の干渉縞で反射した光同士（レーザ光Ｌ７）が干渉し、強め合うこととなる。この条件でレーザ光Ｌ２をマスタホログラム４１および複製ホログラム４２に入射させることで、受光センサ６によってレーザ光Ｌ２（Ｌ７）の測定が可能となる。

【0078】

図１０は第４実施形態に係る複製ホログラム作成時の回折効率と複製ホログラムの屈折率変化量Δｎとの関係を示すグラフである。具体的には、図１０（ａ）は、露光開示時の、マスタホログラム４１および複製ホログラム４２から射出されるレーザ光Ｌ７の０次回折光と１次回折光との比が１：１である場合のグラフであり、図１０（ｂ）は、露光開示時のレーザ光Ｌ７の０次回折光と１次回折光との比が１：２である場合のグラフであり、図１０（ｃ）は、露光開示時のレーザ光Ｌ７の０次回折光と１次回折光との比が１：９である場合のグラフである。なお、図１０の各図では、レーザ光Ｌ７の０次回折光の変動を白い四角でプロットし、レーザ光Ｌ７の１次回折光の変動を黒い四角でプロットしている。

【0079】

図１０（ａ）～図１０（ｃ）に示すように、複製ホログラム４２の露光が進む（屈折率変化量Δｎが大きくなる）につれて、レーザ光Ｌ７の０次回折光および１次回折光の回折効率が変化している。すなわち、レーザ光Ｌ７の０次回折光と１次回折光とを測定することにより、複製ホログラム４２の複製ホログラム４２の露光の進捗を測定することができる。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本開示のホログラム製造装置は、プロジェクタ、ベッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイなどのホログラム光学素子系に適用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１，２ 光源（第１光源、第２光源）
３ ハーフミラー
４ ホログラム記録体
４１ マスタホログラム
４２ 複製ホログラム
４１２，４２２ フォトポリマー
５ 集光レンズ
６ 受光センサ（第１センサ、第２センサ）
８，９ 波長フィルタ（第１波長フィルタ、第２波長フィルタ）
Ｌ１，Ｌ２ レーザ光（第１レーザ光、第２レーザ光）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】